JP3516875B2 - Interferometer - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光の干渉を利用し
て試料の表面形状等を計測する干渉計測装置に係わり、
とりわけ、振動や空気のゆらぎ等の外乱の影響による計
測誤差を簡易に除去することができる干渉計測装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an interference measuring device for measuring the surface shape of a sample by utilizing light interference,
In particular, the present invention relates to an interference measurement device that can easily remove a measurement error due to the influence of disturbance such as vibration or air fluctuation.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、試料の表面形状等を計測する
装置として、光の干渉を利用した干渉計測装置が知られ
ている。このような干渉計測装置は、試料の表面形状等
を非接触でかつ高感度に計測するものであり、精密計測
や精密加工等の分野で幅広く応用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a device for measuring the surface shape of a sample, an interference measuring device utilizing light interference has been known. Such an interference measuring device measures the surface shape and the like of a sample in a non-contact and highly sensitive manner, and is widely applied in the fields of precision measurement and precision processing.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
干渉計測装置においては、高感度な計測を実現できる一
方で、振動や空気のゆらぎ等の外乱の影響を受けやす
く、これにより計測誤差が生じやすいという問題があ
る。By the way, in such an interferometric measuring apparatus, while highly sensitive measurement can be realized, it is easily affected by disturbance such as vibration or air fluctuation, which causes a measurement error. There is a problem that it is easy.
【0004】このような問題点を解消するため、従来か
ら種々の方法が提案されている。このうち、最も簡単な
方法は、問題となる振動の周波数よりも十分に速いシャ
ッタースピードで干渉縞を撮影する方法である。In order to solve such problems, various methods have heretofore been proposed. Of these, the simplest method is to photograph the interference fringes at a shutter speed that is sufficiently faster than the frequency of the vibration in question.
【0005】しかしながら、この方法では、1回の撮影
で所望の干渉縞パターンを得ることが非常に困難であ
り、また光源として大出力のレーザが必要となり経済性
にかけるという問題がある。However, this method has a problem that it is very difficult to obtain a desired interference fringe pattern by one-time photographing, and a high-power laser is required as a light source, which is economically disadvantageous.
【0006】また、これ以外の別の方法は、干渉縞の検
出結果に基づいて光源や光学部材等に対して電気的なフ
ィードバック制御を施す方法である。具体的には例え
ば、光源として連続発振可能な半導体レーザを用い、振
動による干渉縞の強度変化を検出して、その検出信号に
基づいて半導体レーザの注入電流をフィードバック制御
することにより、干渉縞の強度を固定(ロック)する方
法が提案されている。また、干渉縞の位相を空間フィル
タ検出器で検出して、その検出信号に基づいて半導体レ
ーザの注入電流または光学部材の駆動部(PZT(Piez
o electric transducer)等からなる圧電素子)の駆動
電圧をフィードバック制御することにより、干渉縞の位
相を固定するとともにそれを任意に制御する方法が提案
されている。さらに、空間フィルタ検出器を用いること
なく、半導体レーザの注入電流を変調して得られる干渉
縞のロックイン検出により、干渉縞の位相を検出しなが
ら半導体レーザの注入電流をフィードバック制御する方
法が提案されている。Another method other than this is a method of performing electrical feedback control on the light source, the optical member, etc. based on the detection result of the interference fringes. Specifically, for example, a semiconductor laser capable of continuous oscillation is used as a light source, the intensity change of the interference fringes due to vibration is detected, and the injection current of the semiconductor laser is feedback-controlled based on the detection signal, whereby A method of fixing (locking) the strength has been proposed. Further, the phase of the interference fringes is detected by a spatial filter detector, and the injection current of the semiconductor laser or the drive unit (PZT (Piez
A method has been proposed in which the phase of the interference fringes is fixed and is arbitrarily controlled by feedback-controlling the drive voltage of a piezoelectric element such as an electric transducer). Furthermore, a method is proposed in which the injection current of the semiconductor laser is feedback-controlled while detecting the phase of the interference fringe by lock-in detection of the interference fringe obtained by modulating the injection current of the semiconductor laser without using a spatial filter detector. Has been done.
【0007】しかしながら、これらの方法では、装置の
構造が複雑となり、またフィードバック制御のための電
気回路装置の応答性能等の制約から大きな振動に十分対
応することができないという問題がある。However, these methods have a problem that the structure of the device becomes complicated and it is not possible to sufficiently cope with a large vibration due to the restriction of the response performance of the electric circuit device for feedback control.
【0008】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、振動や空気のゆらぎ等の外乱の影響による
計測誤差を簡易に除去することができる干渉計測装置を
提供することを目的とする。The present invention has been made in consideration of the above points, and an object thereof is to provide an interference measuring apparatus capable of easily removing a measurement error due to the influence of disturbance such as vibration or fluctuation of air. And
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、光の干渉を利
用して試料の表面形状を計測する干渉計測装置におい
て、試料に対して光を投光するレーザ光源と、前記レー
ザ光源と前記試料との間に配置されたビームスプリッタ
と、前記試料と異なる位置に配置され前記ビームスプリ
ッタを通して導かれた光を反射する参照鏡と、前記ビー
ムスプリッタを通り前記試料で反射された光と、前記ビ
ームスプリッタを通り前記参照鏡で反射された光との干
渉光の干渉縞パターンを検出する検出器とを備え、前記
レーザ光源、前記ビームスプリッタおよび前記参照鏡
は、前記ビームスプリッタを通り前記試料で反射された
光と、前記ビームスプリッタを通り前記参照鏡で反射さ
れた光とが前記ビームスプリッタを介して前記レーザ光
源へ戻るよう配置され、前記レーザ光源がなす内部共振
器と、前記ビームスプリッタ、前記参照鏡および前記試
料がなす外部共振器とからなる複合共振器の共振波長の
モードが、前記外部共振器における光路差の変化に合わ
せてシフトするように構成されていることを特徴とする
干渉計測装置である。The present invention relates to an interference measuring apparatus for measuring the surface shape of a sample by utilizing the interference of light, a laser light source for projecting light on the sample, the laser light source, and the laser light source. A beam splitter arranged between the sample, a reference mirror arranged at a position different from the sample and reflecting light guided through the beam splitter, light reflected by the sample through the beam splitter, A detector for detecting an interference fringe pattern of interference light with the light reflected by the reference mirror through the beam splitter, the laser light source, the beam splitter and the reference mirror, in the sample through the beam splitter. Arranged so that the reflected light and the light that has passed through the beam splitter and reflected by the reference mirror returns to the laser light source through the beam splitter. The mode of the resonance wavelength of the composite resonator including the internal resonator formed by the laser light source and the external resonator formed by the beam splitter, the reference mirror, and the sample is adjusted according to the change of the optical path difference in the external resonator. The interferometer is characterized by being configured to shift.
【0010】本発明によれば、試料および参照鏡でそれ
ぞれ反射された光の一部をビームスプリッタを介して光
源へ戻すとともに、レーザ光源がなす内部共振器と、ビ
ームスプリッタ、参照鏡および試料がなす外部共振器と
からなる複合共振器の共振波長のモードが、外部共振器
における光路差の変化に合わせてシフトするように構成
しているので、光源とその他の光学系とからなる複合共
振器の共振波長のモードが振動や空気のゆらぎ等の外乱
に合わせてシフトする。これにより、光学系の光路差の
変化に起因した干渉縞の位相の変化を小さく抑えること
ができ、このため、装置が定盤(オプティカルベンチ)
上に設置されていないような場合であっても、振動や空
気のゆらぎ等の外乱の影響による計測誤差を簡単な構造
で簡易に除去することができる。According to the present invention, a part of the light respectively reflected by the sample and the reference mirror is returned to the light source through the beam splitter, and the internal resonator formed by the laser light source, the beam splitter, the reference mirror and the sample are provided. Since the mode of the resonance wavelength of the composite resonator composed of the external resonator and the optical resonator is configured to shift in accordance with the change of the optical path difference in the external resonator, the composite resonator composed of the light source and the other optical system. The resonance wavelength mode of shifts according to disturbance such as vibration and air fluctuation. As a result, the change in the phase of the interference fringes caused by the change in the optical path difference of the optical system can be suppressed to a small level. Therefore, the device can be used as a surface plate (optical bench).
Even in the case where it is not installed on the upper side, the measurement error due to the influence of disturbance such as vibration or air fluctuation can be easily removed with a simple structure.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図1は本発明による干渉計
測装置の一実施の形態を示す図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an interference measuring apparatus according to the present invention.
【0012】図1に示すように、干渉計測装置10は、
試料20の凹面20aの表面形状を計測するものであ
る。干渉計測装置10は、試料20に対してレーザ光を
投光する半導体レーザ(光源)1と、半導体レーザ1と
試料20との間に配置されたビームスプリッタ2と、半
導体レーザ1と試料20とを結ぶ直線と略直交する直線
上においてビームスプリッタ2の一側および他側にそれ
ぞれ配置された参照鏡3および検出器4とを備えてい
る。ここで、ビームスプリッタ2においては、半導体レ
ーザ1からレンズ7を介して投光されたレーザ光の一部
を対物レンズ8を介して試料20へ導くとともに、残り
を参照鏡3へ導くことができるようになっている。ま
た、ビームスプリッタ2においては、試料20へ導かれ
て反射されたレーザ光と、参照鏡3へ導かれて反射され
たレーザ光とを合成して干渉光を形成し、その一部をレ
ンズ9を介して検出器4へ導くとともに、残りをレンズ
7を介して半導体レーザ1へ戻すことができるようにな
っている。As shown in FIG. 1, the interference measuring apparatus 10 is
The surface shape of the concave surface 20a of the sample 20 is measured. The interferometer 10 includes a semiconductor laser (light source) 1 that projects a laser beam onto a sample 20, a beam splitter 2 arranged between the semiconductor laser 1 and the sample 20, the semiconductor laser 1 and the sample 20. A reference mirror 3 and a detector 4 are provided on one side and the other side of the beam splitter 2 on a straight line that is substantially orthogonal to the straight line connecting the two. Here, in the beam splitter 2, part of the laser light projected from the semiconductor laser 1 via the lens 7 can be guided to the sample 20 via the objective lens 8 and the rest can be guided to the reference mirror 3. It is like this. In the beam splitter 2, the laser light guided to and reflected by the sample 20 and the laser light guided to and reflected by the reference mirror 3 are combined to form interference light, a part of which is formed by the lens 9 While being guided to the detector 4 via the lens, the rest can be returned to the semiconductor laser 1 via the lens 7.
【0013】また、干渉計測装置10は、検出器4によ
る検出結果を分析するための干渉縞分析装置5を備えて
いる。ここで、検出器4は干渉光の位相分布(干渉縞パ
ターン)を検出するものであり、例えばCCD(Charge
Coupled Device )からなっている。また、干渉縞分析
装置5は検出器4により検出された干渉縞パターンに基
づいて試料20の凹面20aの表面形状に対応する3次
元画像を生成するものであり、例えばCPU(中央演算
処理装置)とメモリとを有する一般的なコンピュータ上
においてメモリに記憶されている所定のプログラムをC
PUで実行することにより実現することができる。な
お、干渉縞分析装置5においては、検出器4により検出
された干渉縞パターンを基準面(例えば放物面)にフィ
ットさせる機能を有しており、試料20の凹面20aの
中心軸の位置を補正して集束ずれ(defocus )の影響を
除去することができるようになっている。Further, the interference measuring device 10 is provided with an interference fringe analyzer 5 for analyzing the detection result of the detector 4. Here, the detector 4 detects the phase distribution (interference fringe pattern) of the interference light, and is, for example, a CCD (Charge).
Coupled Device). The interference fringe analyzer 5 is for generating a three-dimensional image corresponding to the surface shape of the concave surface 20a of the sample 20 based on the interference fringe pattern detected by the detector 4. For example, a CPU (central processing unit) On a general computer having a memory and a memory, a predetermined program stored in the memory is stored as C
It can be realized by executing in PU. The interference fringe analyzer 5 has a function of fitting the interference fringe pattern detected by the detector 4 to a reference surface (for example, a parabolic surface), and determines the position of the central axis of the concave surface 20a of the sample 20. The effect of defocus can be removed by correction.
【0014】さらに、干渉計測装置10は、半導体レー
ザ1とビームスプリッタ2との間に配置されビームスプ
リッタ2およびレンズ7を介して半導体レーザ1へ戻る
レーザ光の量を調節する光量調節器6を備えている。こ
こで、光量調節器6は、半導体レーザ1から投光された
レーザ光をほぼ完全に透過させつつビームスプリッタ2
を介して半導体レーザ1へ戻るレーザ光の量のみを調節
するものであり、例えば偏光状態を変えることが可能な
偏光子からなっている。Further, the interferometric measuring apparatus 10 includes a light quantity adjuster 6 arranged between the semiconductor laser 1 and the beam splitter 2 for adjusting the quantity of laser light returning to the semiconductor laser 1 via the beam splitter 2 and the lens 7. I have it. Here, the light quantity adjuster 6 transmits the laser light projected from the semiconductor laser 1 almost completely while the beam splitter 2
It is for adjusting only the amount of laser light returning to the semiconductor laser 1 via, and is composed of, for example, a polarizer capable of changing the polarization state.
【0015】なお、干渉計測装置10のうち半導体レー
ザ1、ビームスプリッタ2、参照鏡3、検出器4、光量
調節器6およびレンズ7,9は第1テーブル11上に設
置され、試料20および対物レンズ8は第2テーブル1
2上に設置されている。The semiconductor laser 1, the beam splitter 2, the reference mirror 3, the detector 4, the light quantity adjuster 6 and the lenses 7 and 9 of the interferometer 10 are installed on the first table 11, and the sample 20 and the objective. Lens 8 is the second table 1
It is installed on 2.
【0016】次に、このような構成からなる本実施の形
態の作用について説明する。Next, the operation of this embodiment having such a configuration will be described.
【0017】まず、半導体レーザ1からレンズ7を介し
てレーザ光が投光される。このレーザ光はビームスプリ
ッタ2において2つに分けられ、一部は対物レンズ8を
介して試料20へ導かれ、残りは参照鏡3へ導かれる。First, laser light is projected from the semiconductor laser 1 through the lens 7. This laser light is split into two in the beam splitter 2, part of which is guided to the sample 20 via the objective lens 8 and the rest of which is guided to the reference mirror 3.
【0018】次に、試料20および参照鏡3へそれぞれ
導かれたレーザ光は試料20および参照鏡3でそれぞれ
反射される。Next, the laser beams guided to the sample 20 and the reference mirror 3 are reflected by the sample 20 and the reference mirror 3, respectively.
【0019】その後、試料20および参照鏡3でそれぞ
れ反射されたレーザ光はビームスプリッタ2に戻され、
ビームスプリッタ2において、これらのレーザ光が合成
されて干渉光が形成され、その一部はレンズ9を介して
検出器4へ導かれ、残りはレンズ7および光量調節器6
を介して半導体レーザ1へ戻される。Thereafter, the laser beams reflected by the sample 20 and the reference mirror 3 are returned to the beam splitter 2,
In the beam splitter 2, these laser lights are combined to form interference light, a part of which is guided to the detector 4 via the lens 9, and the rest is reflected by the lens 7 and the light quantity adjuster 6.
It is returned to the semiconductor laser 1 via.
【0020】なお、検出器4により検出された干渉縞パ
ターンは干渉縞分析装置5に入力され、干渉縞分析装置
5において、試料20の凹面20aの表面形状に対応す
る3次元画像が生成される。The interference fringe pattern detected by the detector 4 is input to the interference fringe analyzer 5, and the interference fringe analyzer 5 generates a three-dimensional image corresponding to the surface shape of the concave surface 20a of the sample 20. .
【0021】ところで、このような干渉計測装置10に
おいては、第1テーブル11および第2テーブル12上
に設置された半導体レーザ1、ビームスプリッタ2、参
照鏡3、検出器4、光量調節器6、レンズ7,8,9お
よび試料20に対して振動等の外乱が加えられると、試
料20を経てビームスプリッタ2へ戻るレーザ光の光路
長と、参照鏡3を経てビームスプリッタ2へ戻るレーザ
光の光路長とが変動し、これによりビームスプリッタ2
において形成される干渉縞パターンの位相が変化する。
しかしながら、図1に示す干渉計測装置10において
は、ビームスプリッタ2を介してレーザ光の一部を半導
体レーザ1へ戻すことにより、このような干渉縞パター
ンの位相の変化を固定(ロック)することができる。By the way, in such an interference measuring apparatus 10, the semiconductor laser 1, the beam splitter 2, the reference mirror 3, the detector 4, the light quantity adjuster 6, which are installed on the first table 11 and the second table 12, When a disturbance such as vibration is applied to the lenses 7, 8, 9 and the sample 20, the optical path length of the laser beam returning to the beam splitter 2 via the sample 20 and the laser beam returning to the beam splitter 2 via the reference mirror 3 are detected. The optical path length fluctuates, which causes the beam splitter 2
The phase of the interference fringe pattern formed in 1 changes.
However, in the interferometer 10 shown in FIG. 1, a part of the laser light is returned to the semiconductor laser 1 via the beam splitter 2 to fix (lock) such a change in the phase of the interference fringe pattern. You can
【0022】以下、図2(a)(b)により、図1に示
す干渉計測装置10における干渉縞固定(ロック)現象
の原理について説明する。図2(a)は図1に示す干渉
計測装置10の系を多層膜モデルとして表したものであ
り、半導体レーザ1に対応する内部共振器30と、半導
体レーザ1以外のその他の光学系(ビームスプリッタ
2、参照鏡3および試料20等)に対応する外部共振器
40とからなる複合共振器をなしている。図2(b)は
図2(a)に示す系の等価的共振器モデルであり、各光
学部材(ミラーやビームスプリッタ等)の境界条件を用
いて定常状態の解として求めた共振器(ファブリー・ペ
ロー共振器)である。なお、図2(a)(b)におい
て、n,g,Lはそれぞれ内部共振器30の屈折率、利
得、共振器長である。また、ρ,ρ′,ρ0 ,ρ0 ′,
ρe ,ρ1 ,ρ2 は各光学部材での電場反射係数、τ,
τ′,τ0 ,τ0 ′は各光学部材での透過係数である。
さらに、L1 ,L2 は外部共振器40におけるレーザ光
の光路長である。The principle of the interference fringe fixing (locking) phenomenon in the interference measuring apparatus 10 shown in FIG. 1 will be described below with reference to FIGS. FIG. 2A shows a system of the interferometer 10 shown in FIG. 1 as a multilayer film model. The internal resonator 30 corresponds to the semiconductor laser 1 and other optical systems (beams) other than the semiconductor laser 1. The external resonator 40 corresponds to the splitter 2, the reference mirror 3, and the sample 20, etc.) to form a composite resonator. FIG. 2B is an equivalent resonator model of the system shown in FIG. 2A, in which a resonator (Fabry) obtained as a steady-state solution using boundary conditions of each optical member (mirror, beam splitter, etc.).・ Perot resonator). 2A and 2B, n, g, and L are the refractive index, the gain, and the resonator length of the internal resonator 30, respectively. Also, ρ, ρ ′, ρ 0 , ρ 0 ′,
ρ e , ρ 1 and ρ 2 are the electric field reflection coefficients at each optical member, τ,
τ ′, τ 0 , τ 0 ′ are the transmission coefficients of each optical member.
Further, L 1 and L 2 are optical path lengths of laser light in the external resonator 40.
【0023】図2(b)に示すモデルにおいて、共振器
の共振条件を考慮して外部共振器40の2つの光路長L
1,L2の差(光路差)の変動量Δdと共振波長(発振波
長)λとの関係を求めると、発振波長λはΔdの変化に
対応して周期的に変化することが分かる。なお、このよ
うな変化の周期は発振波長λのほぼ半分である。In the model shown in FIG. 2B, the two optical path lengths L of the external resonator 40 are taken into consideration in consideration of the resonance condition of the resonator.
When the relationship between the variation amount Δd of the difference (optical path difference) between 1 and L 2 and the resonance wavelength (oscillation wavelength) λ is obtained, it is found that the oscillation wavelength λ changes periodically corresponding to the change of Δd. The cycle of such a change is approximately half the oscillation wavelength λ.
【0024】ここで、このような1つの周期内で大きな
モードホップが起こる。このモードホップの間隔は0.
23nmであり、これは内部共振器30のモード間隔に
相当している。なお、図1に示す干渉計測装置10につ
き、光路差の変動量と発振波長(レーザ波長)との関係
を波長計(OSA:Optical Spectrum Analyzer)で測
定したところ、上述した計算式と良く一致していた。Here, a large mode hop occurs within such one cycle. This mode hop interval is 0.
23 nm, which corresponds to the mode spacing of the internal resonator 30. In the interferometer 10 shown in FIG. 1, the relationship between the fluctuation amount of the optical path difference and the oscillation wavelength (laser wavelength) was measured by a wavelength meter (OSA: Optical Spectrum Analyzer), and it was in good agreement with the above-described calculation formula. Was there.
【0025】また、このような1つの周期内ではさらに
細かなモードホップが起こる。ここで、この細かなモー
ドホップの間隔は0.0007nmであり、これは外部
共振器40のモード間隔、すなわち
Δλ=λ2 /2(L2 −L1 )=0.0007nm
に相当している。Further, a finer mode hop occurs within such one cycle. Wherein the spacing of fine mode hopping is 0.0007Nm, which corresponds to the mode spacing of the external resonator 40, i.e. Δλ = λ 2/2 (L 2 -L 1) = 0.0007nm .
【0026】なお、外部共振器40の2つの光路長
L1 ,L2 の差(光路差)に対応する干渉縞パターンの
位相は、振動等の外乱により各光学素子が移動するのに
伴って変化するが、この干渉縞パターンの位相は上述し
たモードホップにより相殺される。すなわち、外部共振
器40の光路差の変化に対応して複合共振器の共振波長
がシフトし、これにより干渉縞パターンの位相の変化が
2πに比べて小さく抑えられる。なお、モードホップを
加味して干渉縞パターンの位相の変化を計算したとこ
ろ、干渉縞パターンの位相のばらつきは0.2π以内に
抑えられることが分かった。The phase of the interference fringe pattern corresponding to the difference (optical path difference) between the two optical path lengths L 1 and L 2 of the external resonator 40 follows the movement of each optical element due to disturbance such as vibration. Although changing, the phase of this interference fringe pattern is canceled by the above-mentioned mode hop. That is, the resonance wavelength of the composite resonator shifts in accordance with the change in the optical path difference of the external resonator 40, and thus the change in the phase of the interference fringe pattern is suppressed to be smaller than 2π. When the change in the phase of the interference fringe pattern was calculated by considering the mode hop, it was found that the variation in the phase of the interference fringe pattern could be suppressed within 0.2π.
【0027】このように本実施の形態によれば、試料2
0および参照鏡3でそれぞれ反射されたレーザ光の一部
がビームスプリッタ2を介して半導体レーザ1へ戻るの
で、上述した原理に従い、半導体レーザ1とその他の光
学系(ビームスプリッタ2、参照鏡3および試料20
等)とからなる複合共振器の共振波長のモードが振動や
空気のゆらぎ等の外乱に合わせてシフトする。これによ
り、光学系の光路差の変化に起因した干渉縞の位相の変
化を小さく抑えることができ、このため、装置が定盤
(オプティカルベンチ)上に設置されていないような場
合であっても、振動や空気のゆらぎ等の外乱の影響によ
る計測誤差を簡単な構造で簡易に除去することができ
る。As described above, according to this embodiment, the sample 2
0 and a part of the laser light reflected by the reference mirror 3 returns to the semiconductor laser 1 via the beam splitter 2, so that the semiconductor laser 1 and other optical systems (the beam splitter 2, the reference mirror 3) follow the principle described above. And sample 20
And the like), the mode of the resonance wavelength of the composite resonator is shifted in accordance with the disturbance such as vibration or air fluctuation. As a result, the change in the phase of the interference fringes caused by the change in the optical path difference of the optical system can be suppressed to a small level. Therefore, even when the device is not installed on the surface plate (optical bench). The measurement error due to the influence of disturbances such as vibrations and air fluctuations can be easily removed with a simple structure.
【0028】また、本実施の形態によれば、ビームスプ
リッタ2およびレンズ7を介して半導体レーザ1へ戻る
レーザ光の量を調節する光量調節器6を設けているの
で、光学系の配置状態や光学部材の動作状態等に合わせ
て半導体レーザ1へ戻るレーザ光の量を最適な状態に設
定することができ、このため、振動や空気のゆらぎ等の
外乱の影響による計測誤差を正確かつ柔軟に除去するこ
とができる。Further, according to the present embodiment, since the light quantity adjuster 6 for adjusting the quantity of the laser light returning to the semiconductor laser 1 via the beam splitter 2 and the lens 7 is provided, the arrangement state of the optical system and the The amount of laser light returning to the semiconductor laser 1 can be set to an optimum state according to the operating state of the optical member, etc. Therefore, the measurement error due to the influence of disturbance such as vibration or air fluctuation can be accurately and flexibly made. Can be removed.
【0029】さらに、本実施の形態によれば、試料20
と対物レンズ8とを同一のテーブル(第2テーブル1
2)上に設置しているので、光軸方向(図中の左右方
向)への振動等が生じた場合でも凹面20aと対物レン
ズ8との位置関係を一定に保つことができる。半導体レ
ーザ1へ戻るレーザ光の量を常に一定に保つことがで
き、このため、半導体レーザ1へ戻るレーザ光の量に依
存して変化するモードホップの現象を安定化させ、振動
や空気のゆらぎ等の外乱の影響による計測誤差を安定的
に除去することができる。Further, according to the present embodiment, the sample 20
And the objective lens 8 on the same table (second table 1
2) Since it is installed above, the positional relationship between the concave surface 20a and the objective lens 8 can be kept constant even when vibration or the like occurs in the optical axis direction (horizontal direction in the drawing). The amount of laser light returning to the semiconductor laser 1 can be kept constant at all times. Therefore, the phenomenon of mode hopping that changes depending on the amount of laser light returning to the semiconductor laser 1 is stabilized, and vibrations and air fluctuations are stabilized. It is possible to stably remove the measurement error due to the influence of disturbance such as.
【0030】なお、上述した実施の形態においては、干
渉計測装置10の光学系の配置をトワイマン・グリーン
干渉計と同様の配置としたが、これに限らず、例えばフ
ィゾー干渉計等と同様の配置とすることも可能である。In the above-described embodiment, the arrangement of the optical system of the interferometer 10 is the same as that of the Twyman-Green interferometer. It is also possible to
【0031】また、上述した実施の形態においては、光
源として半導体レーザを用いているが、上述した干渉縞
ロック現象を利用できる光源であれば、例えばCO2レ
ーザ等の任意の光源を用いることができる。Further, although the semiconductor laser is used as the light source in the above-mentioned embodiments, any light source such as a CO 2 laser may be used as long as it is a light source that can utilize the above-mentioned interference fringe locking phenomenon. it can.
【0032】[0032]
【実施例】次に、上述した実施の形態の具体的実施例に
ついて述べる。EXAMPLES Next, specific examples of the above-described embodiment will be described.
【0033】本実施例においては、図1に示す干渉計測
装置において、光源として、発振波長が690.0n
m、発振出力が30mWの半導体レーザを用い、曲率半
径が150mm、直径が130mmの凹面を有する試料
の表面形状を計測した。なお、干渉計測装置の本体(半
導体レーザ、ビームスプリッタ、参照鏡、検出器、光量
調節器およびレンズ)は木製の机の上に設置した。ま
た、試料および対物レンズは同一の基台に固定した状態
で上記机とは分離した別の机の上に設置した。そして、
この状態で、各光学部材の配置状態や、光量調節器を調
整することにより、ビームスプリッタにおいて、試料へ
導かれて反射されたレーザ光と、参照鏡へ導かれて反射
されたレーザ光との干渉光のうち0.1%以上が半導体
レーザへ戻るようにした。In this embodiment, in the interferometer shown in FIG. 1, the oscillation wavelength of 690.0n is used as the light source.
The surface shape of a sample having a concave surface with a radius of curvature of 150 mm and a diameter of 130 mm was measured using a semiconductor laser of m and an oscillation output of 30 mW. The main body of the interferometer (semiconductor laser, beam splitter, reference mirror, detector, light quantity adjuster and lens) was installed on a wooden desk. The sample and the objective lens were fixed on the same base and placed on a desk separate from the above desk. And
In this state, by adjusting the arrangement state of each optical member and adjusting the light quantity adjuster, in the beam splitter, the laser light guided to the sample and reflected and the laser light guided to the reference mirror and reflected At least 0.1% of the interference light is returned to the semiconductor laser.
【0034】図3は本実施例により試料の凹面の表面形
状を計測した結果を示す図であり、P−V値(Peak-Val
ley value)の分布を3次元表示で表したものである。FIG. 3 is a diagram showing a result of measuring the surface shape of the concave surface of the sample according to this embodiment, which is a PV value (Peak-Val).
3D display of the distribution of the ley value).
【0035】図3に示すように、試料の凹面の表面形状
のP−V値はλ/6程度であり、再現性はλ/100程
度であった。また、そのrms値(root-mean-square v
alue)はλ/21程度であり、再現性はλ/400程度
であった。なお、この結果は、同一の試料を定盤(オプ
ティカルベンチ)上で測定した結果とほぼ一致してお
り、定盤でない木製の机の上に干渉計測装置を設置した
場合でも計測誤差のない良好な計測が可能であることが
分かった。As shown in FIG. 3, the PV value of the concave surface shape of the sample was about λ / 6, and the reproducibility was about λ / 100. Also, its rms value (root-mean-square v
alue) was about λ / 21, and the reproducibility was about λ / 400. This result is almost the same as the result of measuring the same sample on the surface plate (optical bench), and there is no measurement error even when the interferometer is installed on a wooden desk that is not the surface plate. It turned out that various measurements are possible.
【0036】[0036]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、干
渉計測装置が定盤(オプティカルベンチ)上に設置され
ないような場合であっても、振動や空気のゆらぎ等の外
乱の影響による計測誤差を簡単な構造で簡易に除去する
ことができる。As described above, according to the present invention, even when the interference measuring device is not installed on the surface plate (optical bench), the measurement is performed by the influence of disturbance such as vibration or air fluctuation. The error can be easily removed with a simple structure.
【図1】本発明による干渉計測装置の一実施の形態を示
す図。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an interference measuring apparatus according to the present invention.
【図2】本発明による干渉計測装置における干渉縞ロッ
ク現象の原理を説明するための図。FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the interference fringe locking phenomenon in the interferometer according to the present invention.
【図3】図1に示す干渉計測装置による具体的な計測結
果を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a specific measurement result by the interference measuring device shown in FIG.
1 半導体レーザ(光源) 2 ビームスプリッタ 3 参照鏡 4 検出器 5 干渉縞分析装置 6 光量調節器 7,8,9 レンズ 10 干渉計測装置 11,12 テーブル 20 試料 20a 凹面 1 Semiconductor laser (light source) 2 beam splitter 3 reference mirror 4 detector 5 Interference fringe analyzer 6 Light intensity controller 7,8,9 lens 10 Interferometer 11,12 tables 20 samples 20a concave
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 9/00 - 11/30 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 9/00-11/30
Claims (4)
する干渉計測装置において、 試料に対して光を投光するレーザ光源と、 前記レーザ光源と前記試料との間に配置されたビームス
プリッタと、 前記試料と異なる位置に配置され前記ビームスプリッタ
を通して導かれた光を反射する参照鏡と、 前記ビームスプリッタを通り前記試料で反射された光
と、前記ビームスプリッタを通り前記参照鏡で反射され
た光との干渉光の干渉縞パターンを検出する検出器とを
備え、 前記レーザ光源、前記ビームスプリッタおよび前記参照
鏡は、前記ビームスプリッタを通り前記試料で反射され
た光と、前記ビームスプリッタを通り前記参照鏡で反射
された光とが前記ビームスプリッタを介して前記レーザ
光源へ戻るよう配置され、前記レーザ光源がなす内部共
振器と、前記ビームスプリッタ、前記参照鏡および前記
試料がなす外部共振器とからなる複合共振器の共振波長
のモードが、前記外部共振器における光路差の変化に合
わせてシフトするように構成されていることを特徴とす
る干渉計測装置。1. An interference measuring apparatus for measuring the surface shape of a sample by utilizing the interference of light, comprising: a laser light source for projecting light onto the sample; and a laser light source disposed between the laser light source and the sample. A beam splitter, a reference mirror arranged at a position different from the sample and reflecting light guided through the beam splitter, a light reflected by the sample through the beam splitter, and a reference mirror passing through the beam splitter. A detector for detecting an interference fringe pattern of interference light with the reflected light, the laser light source, the beam splitter and the reference mirror, the light reflected by the sample through the beam splitter, and the beam The laser light source is arranged so that the light passing through the splitter and reflected by the reference mirror returns to the laser light source through the beam splitter. A mode in which a resonance wavelength of a composite resonator including a local resonator, the beam splitter, the reference mirror, and an external resonator formed by the sample is shifted according to a change in optical path difference in the external resonator. An interferometer which is characterized in that
の間に配置され前記ビームスプリッタを介して前記レー
ザ光源へ戻る光の量を調節する光量調節器をさらに備え
たことを特徴とする、請求項1に記載の干渉計測装置。2. The light source controller according to claim 2, further comprising a light amount adjuster disposed between the laser light source and the beam splitter to adjust an amount of light returning to the laser light source via the beam splitter. The interferometer according to 1.
を特徴とする、請求項1または2に記載の干渉計測装
置。3. The interferometer according to claim 1, wherein the laser light source is a semiconductor laser.
よび前記参照鏡が第1のテーブル上に設置され、前記試
料が第2のテーブル上に設置されていることを特徴とす
る、請求項1乃至3のいずれかに記載の干渉計測装置。4. The laser light source, the beam splitter, and the reference mirror are installed on a first table, and the sample is installed on a second table. The interferometer according to any one of 1.
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